CN1241869C - 硅微粉和锆复合硅微粉的电熔生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种耐火材料的生产方法，特别是涉及一种硅微粉和锆复合硅微粉的电熔生产方法。以重量份为例，含有石英砂(或锆英砂)80～90份，碳还原剂20～10份，将原料粉碎，混均，分次投入电弧炉内通电加温熔化，熔炼使物料还原分解成SiO和CO气体，又被空气氧化为不定形硅微粉SiO2和CO2，开动冷却收尘设备，收集硅微粉，用石英砂当主要原料，电弧炉底层需先引入熔液介质。硅微粉和锆复合硅微粉在陶瓷和不定形耐火材料制品中有着广泛用途，能提高陶瓷和耐火材料制品的强度，密度和热稳定性，市场广阔。
Description
(一)本发明涉及一种耐火材料生产方法，特别是涉及一种硅微粉和锆复合硅微粉的电熔生产方法。
(二)背景技术：一般把粒径小于0.5μm的微小颗粒称为微粉，而硅微粉的平均粒经小于0.15μm，由于其比表面积大，表面活性高，在陶瓷与耐火材料中加入硅微粉，其性能大大提高，因而引起重视。
硅微粉一般是冶炼硅铁合金或熔炼金属硅时的付产品，有人称之为硅灰，又称冷凝SiO2灰，或称活性SiO2粉等。它是由气相的SiO氧化和氧反应后沉淀而成的，属于无定形SiO2(非晶态)，一般不会生成结晶的SiO2，硅灰是能呼吸的粉尘，与结晶态的SiO2相比，使人得硅肺的危险性较小，所以正确操作或储存硅灰是无害的。
微粉可以促进陶瓷及耐火材料制品的烧结和改善其性能。我国较大规模地在陶瓷和耐火材料中使用微粉始于上世纪80年代末期。由于高技术浇注料的研究开发和推广应用，一种不定形的SiO2，也称硅灰开始在不定形的耐火材料中大量应用，在其应用中发现，当硅灰加入浇注料后，能大大降低水的用量，同时能大幅度提高浇注料的强度和密度，在一定条件下可以使浇注料的许多性能与同材料的烧成制品的性能不相上下，另外硅灰即硅微粉可用于降低特种耐火材料制品的烧结温度。硅微粉应用也促进其它微粉的应用，如Al2O3、SiC，镁铝尖晶石、ZrSiO4、ZrO2等微粉。鉴于硅微粉的应用日益扩大，靠冶炼硅铁合金和金属硅所生的付产品，硅灰产量，远远满足不了广阔市场需要，在微粉的实际应用中，人们发现当硅微粉中含有5～6％立方ZrO2微粉时，不但不会影响硅微粉良好的性能，而且还对大多数耐火浇注料起良好的改性作用，因为立方ZrO2的介入，可以提高耐火度，抗侵蚀性和高温热稳定性。锆复合硅微粉具有其强大的生命力，其用途广泛，作用重大，研究专业化生产硅微粉和锆复合硅微粉的生产方法，具有重大的现实意义和价值。
(三)发明内容：本发明的目的是：提供一种硅微粉和锆复合硅微粉的电熔生产方法。
本发明的技术方案是：一种硅微粉的电熔生产方法，在通电加温熔化的电弧炉底层含有熔液介质，所述的熔液介质为熔化的锆英石原矿料液，或为熔化的锆英砂料液，或为熔化的氧化锆料液，以重量份为单位，将80重量份的石英砂、20重量份的碳还原剂粉碎混匀后，分次投入带有熔液介质的电弧炉中熔化还原分解，生成SiO和CO气体，然后被空气中的氧氧化为不定形SiO2硅微粉和CO2气体，同时开动冷却收尘设备，收集硅微粉。
所述的硅微粉的电熔生产方法，石英砂和碳还原剂原料粉碎的颗粒度为1mm左右，两者干混35～50分钟，每百份重量份的干混料在干混后期喷入1～2份重量份的水，进行湿混5～10分钟，在生产过程中每投入100重量份混合物料，另投入10重量份的块状碳还原剂，碳还原剂为石墨电极，或为石油焦，或为沥青焦，或为木炭，或为焦碳，通电加温电压为110V，电流为5000A。
所述的硅微粉的电熔生产方法，所述的冷却收尘设备是由冷却烟道、旋风除尘器、沉降室组成，当石英砂和碳还原剂混合粉料，或另加的块状碳还原剂，投入带有熔液介质的电弧炉后，固态的SiO2快速和碳还原剂结合，生成SiO和CO气体，又与空气中的氧反应，立即生成不定形SiO2和CO2的混合烟气，被旋风除尘器吸入冷却烟道，温度从200℃降至150℃，进入沉降室，分离出大颗粒的烟尘硅微粉，小于3μm的硅微粉和CO2又进入冷却烟道进一步降温，温度降为100℃后进入1～10个并联袋式硅微粉收集器，滤下3μm以下的硅微粉，剩余气体排入大气中。
一种锆复合硅微粉的电熔生产方法，以重量份为单位，选用ZrO2含量在20～30％的低品位锆英砂80份，碳还原剂20份，先将原料粉碎混匀，分次投入电弧炉中，通电加温熔化熔炼，使物料快速还原分解，生成SiO和CO气体，到达电弧炉炉口后与空气混合生成不定形SiO2硅微粉和CO2气体，开动吸尘设备，不定形SiO2硅微粉和CO2气体被吸尘设备的旋风除尘器吸入冷却烟道冷却、降温，进入沉降室，大颗粒的硅微粉降落在沉降室地面上，小于3μm的SiO2硅微粉和CO2又进入冷却烟道继续降温，然后进入袋式收尘器，滤下3μm以下的硅微粉，剩余烟气排入大气中。
所述的锆复合硅微粉的电熔生产方法，通过第一道冷却烟道后，气体温度从200℃降至150℃，通过第二道冷却烟道后，气体温度从150℃降至100℃，袋式收尘器为1～10道，即有1～10个收尘袋，通电加温电压为110V，电流为5000A。
所述的锆复合硅微粉的电熔生产方法，锆英砂和碳还原剂原料粉碎的颗粒度为1mm左右，两者干混35～50分钟，每百份重量份的干混料在干混后期喷入1～2份重量份的水，进行湿混5～10分钟，在生产过程中每投入100重量份的混合物料，另投入10重量份的块状碳还原剂，碳还原剂为石墨电极，或为石油焦，或为沥青焦，或为木炭，或为焦碳，在锆复合硅微粉中含有5～6％的ZrO2，不定形SiO2硅微粉的含量大于等于90％。
一种锆复合硅微粉的电熔生产方法，以重量份为单位，原料为ZrO2大于60％的锆英砂和碳还原剂，两者比例为90∶10，将二者粉碎混匀，分次投入电弧炉中，通电加温熔化熔炼，使物料快速还原分解，生成SiO和CO气体，到达电弧炉炉口后与空气混合生成不定形SiO2硅微粉和CO2气体，开动吸尘设备，不定形SiO2硅微粉和CO2气体被吸尘设备的旋风除尘器吸入冷却烟道冷却、降温，进入沉降室，大颗粒的硅微粉降落在沉降室地面上，小于3μm的SiO2硅微粉和CO2又进入冷却烟道继续降温，然后进入袋式收尘器，滤下3μm以下的硅微粉，剩余烟气排入大气中。
所述的锆复合硅微粉的电熔生产方法，通过第一道冷却烟道后，气体温度从200℃降至150℃，通过第二道冷却烟道后，气体温度从150℃降至100℃，袋式收尘器为1～10道，即有1～10个收尘袋，通电加温电压为110V，电流为5000A。
锆英砂和碳还原剂原料粉碎的颗粒度为1mm左右，两者干混35～50分钟，每百份重量份的干混料在干混后期喷入1～2份重量份的水，进行湿混5～10分钟，在生产过程中每投入100重量份的混合物料，另投入10重量份的块状碳还原剂，碳还原剂为石墨电极，或为石油焦，或为沥青焦，或为木炭，或为焦碳，在锆复合硅微粉中含有5～6％的ZrO2，不定形SiO2硅微粉的含量大于等于90％。
本发明的积极有益效果是：
1.用电熔法生产硅微粉和锆复合硅微粉，生产方法简单，易行，成本较低。
2.用石英砂直接生产硅微粉，原料来源十分丰富，成本低，能较大幅度提高硅微粉产量，满足市场需要。
3.用低品位的锆英石来生产锆复合硅微粉，对于综合利用国家资源具有现实意义，并为低品位的锆英石开辟了新市场。
(四)具体实施方式：
实施例一：将电弧炉准备好，将起弧用的石墨电极块或焦碳块堆砌在电极周围，先把50～70公斤的低品位锆英砂粉料逐次投入电弧炉中，电压110V，电流5000A，通电加温熔化成熔液介质，取800公斤石英砂，200公斤碳还原剂，用石油焦或焦碳，将石英砂和碳还原剂粉碎，其粒度为1mm左右，然后将两种配料在V型混合机中干混40分钟后，再喷入15公斤水继续湿混5～10分钟，逐次将石英砂粉料和碳还原剂颗粒料混匀的混合料投入电弧炉内，并起动引风机和由10个并联袋式的收尘设备，在电弧炉中的石英砂和碳还原剂互相作用反应快速分解成气态的SiO和CO，飞升出电弧炉炉口，又与空气混合后和空气中的氧发生氧化反应，在其还原反应的过程中，按100份重量混合料再加入约10份重量的碳还原剂块。生成不定形SiO2硅微粉和CO2，并进入被水冷却的管道，温度约从200℃降为约150℃，引入旋风除尘器的沉降室，大于3μm以上颗粒在沉降室中沉降。含有3μm以下的硅微粉和CO2等气体又进入被水冷却的管道继续降温，温度降至约100℃，此时将其引入10个并联袋式收尘器中，滤下3μm以下的硅微粉，剩余烟气排入大气中。
实施例二、锆复合硅微粉的电熔生产方法取配料，低品位锆英石，900公斤，碳还原剂100公斤，粉碎为粒度1mm左右颗粒，在V型机中混均30分钟，生产方法除不用引入熔液介质外，其它同实施例一，不重述。根据上述生产方法，可获得的锆复合硅微粉含有下列的成份，见表。
Claims (9)
1.一种硅微粉的电熔生产方法，在通电加温熔化的电弧炉底层含有熔液介质，所述的熔液介质为熔化的锆英石原矿料液，或为熔化的锆英砂料液，或为熔化的氧化锆料液，其特征是：以重量份为单位，将80重量份的石英砂、20重量份的碳还原剂粉碎混匀后，分次投入带有熔液介质的电弧炉中熔化还原分解，生成SiO和CO气体，到达炉口后被空气中的氧氧化为不定形SiO2硅微粉和CO2气体，同时开动冷却收尘设备，收集硅微粉。
2.根据权利要求1所述的硅微粉的电熔生产方法，其特征是：石英砂和碳还原剂原料粉碎的颗粒度为1mm左右，两者干混35～50分钟，每百份重量份的干混料在干混后期喷入1～2份重量份的水，进行湿混5～10分钟，在生产过程中每投入100重量份混合物料，另投入10重量份的块状碳还原剂，碳还原剂为石墨电极，或为石油焦，或为沥青焦，或为木炭，或为焦碳，通电加温电压为110V，电流为5000A。
3.根据权利要求1或2所述的硅微粉的电熔生产方法，其特征是：所述的冷却收尘设备是由冷却烟道、旋风除尘器、沉降室组成，当石英砂和碳还原剂混合粉料，或另加的块状碳还原剂，投入带有熔液介质的电弧炉后，固态的SiO2快速和碳还原剂结合，生成SiO和CO气体，又与空气中的氧反应，立即生成不定形SiO2和CO2的混合烟气，被旋风除尘器吸入冷却烟道，温度从200℃降至150℃，进入沉降室，分离出大颗粒的烟尘硅微粉，小于3μm的硅微粉和CO2又进入冷却烟道进一步降温，温度降为100℃后进入1～10个并联袋式硅微粉收集器，滤下3μm以下的硅微粉，剩余气体排入大气中。
4.一种锆复合硅微粉的电熔生产方法，以重量份为单位，选用ZrO2含量在20～30％的低品位锆英砂80份，碳还原剂20份，先将原料粉碎混匀，分次投入电弧炉中，通电加温熔化熔炼，使物料快速还原分解，生成SiO和CO气体，到达电弧炉炉口后与空气混合生成不定形SiO2硅微粉和CO2气体，其特征是：开动吸尘设备，不定形SiO2硅微粉和CO2气体被吸尘设备的旋风除尘器吸入冷却烟道冷却、降温，进入沉降室，大颗粒的硅微粉降落在沉降室地面上，小于3μm的SiO2硅微粉和CO2又进入冷却烟道继续降温，然后进入袋式收尘器，滤下3μm以下的硅微粉，剩余烟气排入大气中。
5.根据权利要求4所述的锆复合硅微粉的电熔生产方法，其特征是：通过第一道冷却烟道后，气体温度从200℃降至150℃，通过第二道冷却烟道后，气体温度从150℃降至100℃，袋式收尘器为1～10道，即有1～10个收尘袋，通电加温电压为110V，电流为5000A。
6.根据权利要求4所述的锆复合硅微粉的电熔生产方法，其特征是：锆英砂和碳还原剂原料粉碎的颗粒度为1mm左右，两者干混35～50分钟，每百份重量份的干混料在干混后期喷入1～2份重量份的水，进行湿混5～10分钟，在生产过程中每投入100重量份的混合物料，另投入10重量份的块状碳还原剂，碳还原剂为石墨电极，或为石油焦，或为沥青焦，或为木炭，或为焦碳，在锆复合硅微粉中含有5～6％的ZrO2，不定形SiO2硅微粉的含量大于等于90％。
7.一种锆复合硅微粉的电熔生产方法，以重量份为单位，原料为ZrO2大于60％的锆英砂和碳还原剂，两者比例为90∶10，将二者粉碎混匀，分次投入电弧炉中，通电加温熔化熔炼，使物料快速还原分解，生成SiO和CO气体，到达电弧炉炉口后与空气混合生成不定形SiO2硅微粉和CO2气体，其特征是：开动吸尘设备，不定形SiO2硅微粉和CO2气体被吸尘设备的旋风除尘器吸入冷却烟道冷却、降温，进入沉降室，大颗粒的硅微粉降落在沉降室地面上，小于3μm的SiO2硅微粉和CO2又进入冷却烟道继续降温，然后进入袋式收尘器，滤下3μm以下的硅微粉，剩余烟气排入大气中。
8.根据权利要求7所述的锆复合硅微粉的电熔生产方法，其特征是：通过第一道冷却烟道后，气体温度从200℃降至150℃，通过第二道冷却烟道后，气体温度从150℃降至100℃，袋式收尘器为1～10道，即有1～10个收尘袋，通电加温电压为110V，电流为5000A。
9.根据权利要求7所述的锆复合硅微粉的电熔生产方法，其特征是：锆英砂和碳还原剂原料粉碎的颗粒度为1mm左右，两者干混35～50分钟，每百份重量份的干混料在干混后期喷入1～2份重量份的水，进行湿混5～10分钟，在生产过程中每投入100重量份的混合物料，另投入10重量份的块状碳还原剂，碳还原剂为石墨电极，或为石油焦，或为沥青焦，或为木炭，或为焦碳，在锆复合硅微粉中含有5～6％的ZrO2，不定形SiO2硅微粉的含量大于等于90％。
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